[发明专利]一种基于泥土湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒

摘要

本发明公开了一种基于泥土湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒，该控制盒主要以STC15系列单片机或带WIFI的单片机ESP‑12为内部处理控制，还包括泥土湿度检测电路、蠕动泵驱动电路、3位LED数码管以及下按键和上按键；进一步的还包括WIFI连接手机或电脑。控制盒插上湿度传感电极及蠕动泵就构成了自动浇水装置。设计了一屏二键的泥土湿度控制操作法，优选了交流激励测泥土电阻的高交流电压读取电路、及ESP‑12带WIFI单片机配NODEMCU的LUA脚本语言编程固件，恰到好处地构成了这一整套经济适用装置，还包括WIFI连接手机或电脑所带来的方便与直观、以及用MQTT物联网轻量级协议实现的远程监控。

主权项

1.一种基于泥土湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒，其特征在于，该控制盒主要以STC15系列单片机或带WIFI的单片机ESP‑12为内部处理控制，还包括泥土湿度检测电路、蠕动泵驱动电路、3位LED数码管(1)、下按键(4)、上按键(5)、和两根湿度传感电极碳棒（20）；两根湿度传感电极碳棒（20）分开竖直埋在花盆两侧，经两根湿度传感电极连线（7）及湿度传感电极连线插头（6）连接控制盒中的泥土湿度检测电路；蠕动泵（9）浇水通过蠕动泵浇水管（10）引水到花盆，蠕动泵供电线插头（8）连接蠕动泵驱动电路；控制盒由电源进线插头（13）连接220V供电；控制盒通过3位LED数码管（1）显示当前泥土湿度，当泥土干燥度达到上阈值即启动断续自动浇水，经过不到半小时的泥土湿度检测，停止自动浇水使泥土湿度稳定在下阈值；即定义上下阈值为：种植泥土适合的干湿范围的端点值；所述控制盒中单片机的若干IO口接3位LED数码管（1）及下按键（4）和上按键（5），单片机的一个IO口输出方波接泥土湿度检测电路的输入端，单片机的ADC输入口接泥土湿度检测电路的输出端；单片机的若干输出口还接若干路蠕动泵驱动电路；单片机的电源+端及蠕动泵驱动电路的+端分别接开关电源的+3.3V输出及+12V输出；负极全接地；所述下按键（4）和上按键（5）操作法如下：上按键（5）设有操作功能如下：长按，即按住不放1秒以上，加水，放开即停止加水；短按，即按住不超过半秒，显示上阈值，2秒后数值显示恢复当前湿度显示；进入上下阈值设置模式时，有上阈值设置模式指示灯（2）或下阈值设置模式指示灯（3）亮，此时短按为数值增加、长按为阈值保存，并退出阈值设置模式，阈值设置模式指示灯灭，数值显示恢复当前湿度显示；下按键（4）设有操作功能如下：短按，即按住不超过半秒，显示下阈值，2秒后数值显示恢复当前湿度显示；进入上下阈值设置模式时，短按为数值减小；长按，即按住不放1秒以上，为进入上阈值设置模式，再长按进入下阈值设置模式，依次轮换，有对应的上阈值设置模式指示灯（2）或下阈值设置模式指示灯（3）亮、及上阈值或下阈值显示；阈值设置模式中10秒无操作自动退出；下阈值设置0表示关闭浇水，下阈值设置1表示一直开着浇水；所述泥土湿度检测电路包括三极管Tr、二极管D、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C、电容C1；单片机输出的PWM方波信号端接电阻R3的一端，电阻R3另一端接三极管Tr的基极，三极管Tr的集电极接电阻R1，电阻R1的另一端接+12V，同时三极管Tr的集电极还接保护电阻R0，电阻R0的另一端分别与接隔直电容C的一端和峰值整流二极管D的正极连接在一起，记为T点；隔直电容C的另一端接湿度传感电极碳棒（20）的一极，湿度传感电极碳棒（20）的另一极、Tr发射极、滤波电容C1一端、负载电阻R2一端均接地，峰值整流二极管D的负端、负载电阻R2的另一端、滤波电容C1的另一端连接在一起作为泥土湿度检测电路的输出端，该输出端接单片机ADC输入端；或，所述泥土湿度检测电路包括时基电路NE555、二极管D、二极管D5、电阻R4、电阻R5、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C5、电容C、电容C1；NE555的2、6脚及电容C5、电阻R4、电阻R5的一端连接在一起，电阻R5另一端接二极管D5的正极，二极管D5的负极、电阻R4另一端以及NE555的3脚连接在一起，NE555的8脚与电阻R1一端连接在一起接+12V，电阻R1另一端、电阻R0一端以及NE555的7脚连接在一起，电阻R0另一端分别与接隔直电容C一端和整流二极管D正极连接在一起，记为T点，隔直电容C的另一端接湿度传感电极碳棒（20）的一极，湿度传感电极碳棒（20）的另一极、电容C5的另一端、NE555的1脚、滤波电容C1一端以及负载电阻R2一端均接地，峰值整流二极管D的负端、电阻R2的一端、滤波电容C1的一端连接在一起作为泥土湿度检测电路的输出端，该输出端接单片机ADC输入端；所述湿度传感电极碳棒（20）为碳棒的一端紧密包裹一圈导电金属圈，通过该导电金属圈压接或焊接湿度传感电极连线（7），并在该导电金属圈外涂敷树脂或塑封；或所述湿度传感电极碳棒（20）为碳棒的一端头电镀一层金属，在该金属镀层焊接湿度传感电极连线（7），并对该金属镀层及焊接线根部包敷塑胶或灌封树脂；所述蠕动泵驱动电路包括NPN三极管T8、P型MOS管pMos、二极管D8、电容C8、电阻R8、电阻R81、电阻R82；单片机一个输出口接电阻R8，电阻R8另一端接NPN三极管T8基极，NPN三极管T8集电极接电阻R82的一端，电阻R82另一端及电阻R81一端均接P型MOS管pMos栅极,电阻R81另一端和P型MOS管pMos源极连在一起接+12V强电，P型MOS管pMos漏极分别接泵供电线插头(8)的一端、二极管D8负端和电容C8一端，泵供电线插头(8)的另一端、二极管D8正端、电容C8另一端以及NPN三极管T8发射极均接地；或所述蠕动泵驱动电路包括N型Mos管、二极管D8、电容C8、电阻R8；单片机一个输出口接电阻R8，电阻R8另一端接Mos管栅极，Mos管源极接地，Mos管漏极分别接泵供电线插头(8)的一端、二极管D8正端和电容C8一端，泵供电线插头(8)的另一端、二极管D8负端和电容C8另一端连接在一起接+12V强电；当控制盒以带WIFI的单片机ESP‑12为内部处理控制时，还包括该单片机通过无线网络连接手机或电脑，所述带WIFI的单片机ESP‑12配NODEMCU的LUA脚本语言编程固件，所选程序模块包括WIFI、NET、MQTT协议、SPI、GPIO口操作，远程物联网采用MQTT协议；所述控制盒连接手机或电脑时，手机或电脑的显示界面以列表的形式逐行列出：当前湿度、上阈值、下阈值，每行对应一路；点击上阈值或下阈值随时进入直接输入数值修改；手机或电脑WIFI连接单片机分三种联网方式：方式1、控制盒中的带WIFI的单片机ESP‑12自己就是WIFI AP网页服务器，手机或电脑就连接这个WIFI，并用浏览器访问192.168.4.1即可；该方式除能监控湿度外，主要用作设置控制盒中的带WIFI的单片机ESP‑12，使其能连接无线路由器或可用的WIFI，包括WIFI名、密码，以及显示连上后的（DHCP）IP，供下述方式2连接用；该方式手机或电脑外网不通，所以仅用作联网刚开始时的设置WIFI名、密码；方式2、控制盒中的带WIFI的单片机ESP‑12自动连接无线路由器或可用的WIFI，由上述方式1事先已设置好WIFI名、密码，并记下了连上后所显示的（DHCP）IP；手机或电脑也连接无线路由器或可用的WIFI，仅用浏览器访问记下的IP即可随时连接控制盒进行监控湿度；另外，还增加一个联网指示灯，亮表示控制盒方式2 WIFI连接成功；方式3、控制盒包括物联网MQTT协议，手机或电脑远程通过MQTT协议连接控制盒监控湿度。